基于化學(xué)學(xué)科觀念培養(yǎng)的“鋁”的教學(xué)

王希儉

[摘 要]化學(xué)學(xué)科思想是化學(xué)學(xué)科的基本思想方法，是形成認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的教法和學(xué)法?；诨瘜W(xué)學(xué)科觀念培養(yǎng)的“鋁”的教學(xué)，是以鋁的存在、工業(yè)制法、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和用途的教學(xué)為例，使化學(xué)學(xué)科思想貫穿于整個(gè)教學(xué)中。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)學(xué)科觀念 鋁 教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] 633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 16746058（2015）080086

一、思想和背景

“高中化學(xué)課程應(yīng)有助于學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建自身發(fā)展所需的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，進(jìn)一步了解化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，加深對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)；有利于學(xué)生形成科學(xué)的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，更深刻地認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系，逐步樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展的思想”；“認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)，學(xué)習(xí)重要的化學(xué)概念，形成基本的化學(xué)觀念和科學(xué)探究能力，認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展的重要作用及其相互影響，進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”。這些都是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

新課程標(biāo)準(zhǔn)以進(jìn)一步提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，而化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵是化學(xué)觀念，化學(xué)觀念包括化學(xué)學(xué)科思維、學(xué)科方法、學(xué)科價(jià)值觀念等?；瘜W(xué)學(xué)科觀念是指運(yùn)用化學(xué)觀念認(rèn)識(shí)和理解物質(zhì)世界?；瘜W(xué)學(xué)科方法是以探索科學(xué)問(wèn)題的方式來(lái)獲取知識(shí)與技能、領(lǐng)悟化學(xué)思想觀念的活動(dòng)?；瘜W(xué)價(jià)值觀是通過(guò)化學(xué)與生產(chǎn)、社會(huì)、生活的聯(lián)系，對(duì)化學(xué)科學(xué)本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)化學(xué)技術(shù)、化學(xué)產(chǎn)品是發(fā)展人類(lèi)文明的強(qiáng)大動(dòng)力的感悟。

教材知識(shí)是基礎(chǔ)，化學(xué)思想是靈魂?；瘜W(xué)學(xué)科思想是化學(xué)學(xué)科的基本思想方法，是形成認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的教法和學(xué)法，是規(guī)律，能提升學(xué)科素養(yǎng)和學(xué)科能力。化學(xué)學(xué)科思想包括元素觀、微粒觀、守恒觀、分類(lèi)觀、轉(zhuǎn)化觀、環(huán)保觀、結(jié)構(gòu)觀等。我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)往往僅關(guān)注知識(shí)的傳授，而忽略對(duì)學(xué)科思想的歸納，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)及對(duì)化學(xué)學(xué)科的完整理解。

鋁是大自然賜予人類(lèi)的寶物，鋁元素占地殼總量的7.73%，是地殼中含量最多的金屬元素，但人類(lèi)對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的過(guò)程。鋁的廣泛使用只是近幾十年的事情，這是為什么？以鋁的存在、工業(yè)制法、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和用途的教學(xué)為例，簡(jiǎn)述如何使化學(xué)學(xué)科思想貫穿于化學(xué)教學(xué)中。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.了解鋁在自然界中的存在形式和含量，通過(guò)對(duì)鋁的工業(yè)制法的探究，認(rèn)識(shí)工業(yè)生產(chǎn)流程的步驟，知道獲得鋁的方法，學(xué)習(xí)鋁的化合物的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)化觀。

2.通過(guò)了解鋁的工業(yè)生產(chǎn)流程和工藝，認(rèn)識(shí)化學(xué)思想中的環(huán)境思想、分類(lèi)觀等。通過(guò)討論、分析、評(píng)價(jià)等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和解決能力。

3.了解鋁的物理性質(zhì)，認(rèn)識(shí)鋁單質(zhì)在生產(chǎn)、生活中廣泛應(yīng)用的原理，從微觀給予解釋?zhuān)囵B(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)觀。

4.了解鋁的主要性質(zhì)和應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)守恒觀、能量觀等，讓學(xué)生知道鋁為什么成為現(xiàn)代文明不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。

5.通過(guò)對(duì)鋁冶煉方法發(fā)展史的了解，體驗(yàn)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的歷程，以及化學(xué)科技發(fā)展對(duì)人類(lèi)生活質(zhì)量提高的貢獻(xiàn)。

三、教學(xué)過(guò)程

問(wèn)題1 通過(guò)專(zhuān)題二的學(xué)習(xí)，我們知道海水中含有豐富的化學(xué)物質(zhì)，我國(guó)有很長(zhǎng)的海岸線(xiàn)，十八大提出發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)，我們可以從海水中提取我們所需要的物質(zhì)，如氯化鈉、鎂、溴、碘，進(jìn)而可以制得氯氣、燒堿等重要的化工產(chǎn)品。從本節(jié)課開(kāi)始，我們把目光轉(zhuǎn)向地殼，地殼含有更豐富的化學(xué)物質(zhì)。地殼中含有哪些常見(jiàn)元素？它們大都以什么形態(tài)存在？這些元素形成的物質(zhì)類(lèi)別主要是哪些？它們組成的微粒是什么？地殼中含量最多的金屬元素是什么？含鋁的礦石名稱(chēng)是什么？主要成分是什么？屬于哪類(lèi)物質(zhì)？其組成微粒是什么？該礦石通常含有哪些雜質(zhì)？

[建構(gòu)]地殼中的元素有氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、銅、鋅、錳、鉻、碳、硫、磷等，它們大都以化合態(tài)的形態(tài)存在，以氧化物、硫化物及各種鹽的形式存在土壤、巖石和各種礦物中，組成它們的微粒主要是陰陽(yáng)離子，少數(shù)以分子或原子等微粒存在。地殼中含量最多的金屬元素是鋁，約為7.73%。含鋁的礦石叫鋁土礦，是鋁元素在地殼中的主要存在形式。鋁土礦的主要成分是Al2O3，屬于氧化物，其組成微粒是鋁離子和氧離子。

[設(shè)計(jì)意圖]化學(xué)作為一門(mén)自然科學(xué)，研究對(duì)象是物質(zhì)，而世界是物質(zhì)世界，人類(lèi)需要的物質(zhì)大都來(lái)自自然界。物質(zhì)是由各種元素組成的，各種元素形成種類(lèi)繁多的物質(zhì)，物質(zhì)根據(jù)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與組成分為氧化物、酸、堿、鹽等，各類(lèi)物質(zhì)有的是由離子構(gòu)成的，有的是由原子構(gòu)成的，有的是由分子構(gòu)成的。通過(guò)以上問(wèn)題的設(shè)置和解決，培養(yǎng)了學(xué)生的物質(zhì)觀、元素觀、分類(lèi)觀、微粒觀等。

問(wèn)題2 自然界的銅含量比鐵少得多，為什么銅器時(shí)代比鐵器時(shí)代早很多年？而鋁在地殼中含量比鐵多，人們廣泛使用鐵有2千多年了，為什么鋁廣泛使用只是近幾十年的事情？人們使用更多的是單質(zhì)鋁，鋁有哪些物理性質(zhì)？根據(jù)已有的知識(shí)歸納鋁的哪些用途是由它的物理性質(zhì)決定的。

[建構(gòu)]古代人們冶煉金屬都是用木炭還原得到的，化合態(tài)的銅得電子能力強(qiáng)，易被還原，鐵較難還原，所以鐵器時(shí)代比銅器時(shí)代要晚很多。而鋁更活潑，化合態(tài)的鋁更難被還原，所以人類(lèi)廣泛使用鋁只是現(xiàn)代。鋁有導(dǎo)電性——導(dǎo)線(xiàn)；鋁有導(dǎo)熱性——炊具；鋁有延展性——包裝糖果香煙等；鋁與其他金屬形成合金，鋁合金密度小、強(qiáng)度高、塑性好、抗腐蝕能力強(qiáng)、裝飾美觀——建筑業(yè)、電子行業(yè)、汽車(chē)車(chē)輪骨架和飛機(jī)構(gòu)架等。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)人類(lèi)對(duì)金屬的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用，從化學(xué)史的角度和科學(xué)發(fā)展水平的角度讓學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)。各類(lèi)物質(zhì)有很多共性，但每一種物質(zhì)也有自己的特性。根據(jù)鋁的金屬通性和特有性質(zhì)（如導(dǎo)電性強(qiáng)、密度小等），使其在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)決定其用途，任何物質(zhì)都有自己的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)的應(yīng)用觀。

問(wèn)題3 鋁元素在自然界中含量豐富，以氧化物和鹽的形式廣泛存在，工業(yè)上通常以鋁土礦為原料提取鋁，鋁土礦中還含有氧化鐵、二氧化硅等雜質(zhì)。如何由鋁土礦制得金屬鋁？反應(yīng)原理是否與制鐵、銅相同？工業(yè)上鈉和鎂是如何制備的？制備鋁的反應(yīng)原理是什么？工業(yè)生產(chǎn)鋁的流程是什么？工業(yè)生產(chǎn)鋁發(fā)生的主要反應(yīng)有哪些？

[建構(gòu)]自然界的鋁是含有雜質(zhì)的化合態(tài)的鋁，要得到鋁單質(zhì)，可以對(duì)比已經(jīng)學(xué)過(guò)的鈉、鎂、鐵的知識(shí)。在初中學(xué)習(xí)過(guò)鐵的冶煉原理，是用還原劑CO還原鐵礦石氧化鐵的方法得到生鐵的，能否能用該原理冶煉鋁呢？根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表，鋁很活潑，很難用還原劑把它從礦石中還原出來(lái)。鈉、鎂的制取原理是把它們的化合物加熱熔融，通入電流進(jìn)行電解而制得。因而鋁的制備應(yīng)用電解原理，工業(yè)上通常是電解氧化鋁而不是氯化鋁。自然界的鋁礦是鋁土礦，主要成分是三氧化二鋁，因此要進(jìn)行凈化除雜。

[設(shè)計(jì)意圖]化學(xué)研究的對(duì)象是物質(zhì)，有的物質(zhì)在自然界是存在的，但自然界的物質(zhì)都是混合物，需要分離和提純；有的物質(zhì)自然界不存在，或者存在很少，不能滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)生活的需要，必須經(jīng)過(guò)化學(xué)方法制備或合成。通過(guò)鋁的制備過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)流程的意識(shí)，了解其反應(yīng)原理、發(fā)生的化學(xué)變化和主要操作，培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)的制備觀、轉(zhuǎn)化觀。

問(wèn)題4 鋁是金屬元素，鋁單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該很單一，從氧化還原的角度分析，鋁具有氧化性、還原性，還是都兼有？鋁可以和哪些物質(zhì)反應(yīng)？生成物是什么？構(gòu)成生成物的微粒是什么？鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象是什么？每個(gè)化學(xué)反應(yīng)的價(jià)值是什么？

[建構(gòu)]鋁單質(zhì)的化合價(jià)為0價(jià)，在鋁的化合物中鋁只有+3價(jià)，因此鋁不管和什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，只能失去電子，表現(xiàn)出還原性，而其他物質(zhì)與鋁反應(yīng)，表現(xiàn)出氧化性，所以有氧化性的物質(zhì)大都可以與鋁反應(yīng)，如非金屬單質(zhì)（如氧氣、氯氣、硫）、水、非氧化性酸（如鹽酸、硫酸）、常溫下氧化性酸（如濃硫酸、濃硝酸）、一些金屬陽(yáng)離子等。

[設(shè)計(jì)意圖]雖然鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能夠與很多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但從反應(yīng)的實(shí)質(zhì)來(lái)看，都是由于具有強(qiáng)還原性引起的，性質(zhì)其實(shí)很單一，生成物的種類(lèi)是氧化物、鋁鹽或偏鋁酸鹽。所以在教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生氧化還原的觀點(diǎn)，來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，并從電子轉(zhuǎn)移的角度推斷生成物，即氧化劑生成的還原產(chǎn)物是什么、還原劑生成的氧化產(chǎn)物是什么，使學(xué)生形成物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀。

四、教學(xué)感悟

在化學(xué)教學(xué)中，教師要站得高、望得遠(yuǎn)，教學(xué)設(shè)計(jì)中始終要有化學(xué)觀念，把化學(xué)觀存放在教師的思維中，將化學(xué)觀念體現(xiàn)于教學(xué)設(shè)計(jì)中，把化學(xué)觀念貫穿于課堂教學(xué)中，對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容施予不同的化學(xué)觀。

1.關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀。從原子組成、結(jié)構(gòu)、變化的教學(xué)，到化學(xué)鍵包括共價(jià)鍵、離子鍵教學(xué)，再到晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的教學(xué)，都是從微觀的角度來(lái)學(xué)習(xí)的。因此，教師要充分利用這部分內(nèi)容，深入培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀，教會(huì)學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成，從微觀的角度學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)，從微觀世界認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)。

2.關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的守恒觀、轉(zhuǎn)化觀、能量觀、平衡觀。學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)，不但要知道反應(yīng)物是什么，生成物是什么，還要知道該反應(yīng)為什么能夠發(fā)生。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，要遵循能量守恒、質(zhì)量守恒，人類(lèi)需要的能量大部分來(lái)自于化學(xué)能，化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為熱能、光能、聲能、電能等。我們學(xué)習(xí)的可逆反應(yīng)、鹽的水解、絡(luò)合反應(yīng)、溶解平衡都要建立平衡并要遵循平衡移動(dòng)原理，因此學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)要有平衡觀。

3.關(guān)于有機(jī)化合物的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)觀、轉(zhuǎn)化觀。有機(jī)化合物的性質(zhì)取決于原子結(jié)合方式和官能團(tuán)。因此，教學(xué)時(shí)要讓學(xué)生能夠?qū)懗鲇袡C(jī)物的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，并能指出其官能團(tuán)，而有機(jī)物的官能團(tuán)是可以相互轉(zhuǎn)化的，如烴可以取代或加成轉(zhuǎn)化為氯代烴，氯代烴可以水解成醇，醇羥基可以氧化為醛基，醛基可以繼續(xù)氧化為羧基，羧基可以生成酯，酯類(lèi)物質(zhì)可以水解成羧酸和醇等。通過(guò)有機(jī)物的學(xué)習(xí)可以體會(huì)到化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化觀。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[3]王祖浩，王磊.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

（責(zé)任編輯 羅 艷）